Hóa học sinh học là gì?

Hóa học sinh học là một nhánh của hóa học vô cơ liên quan đến nghiên cứu chủ yếu cách các ion kim loại tương tác với mô sống, chủ yếu thông qua tác dụng trực tiếp của chúng đối với hoạt động của enzyme.Người ta ước tính rằng một phần ba enzyme và protein trong cơ thể con người dựa vào các ion kim loại để hoạt động đúng theo một số cách chính.Các khu vực sinh học này sử dụng các protein với các ion kim loại có khả năng truyền năng lượng qua các electron, để vận chuyển oxy và chuyển hóa nitơ.Hydrogenase cũng bị ảnh hưởng bởi các ion kim loại trong cơ thể, là một enzyme dựa trên vi sinh vật chịu trách nhiệm chuyển hydro, cũng như alkyltransferase, là enzyme chịu trách nhiệm chuyển các nhóm hóa học alkyl giữa các phân tử.Có hơn một chục kim loại có liên quan đến các quá trình như vậy, bao gồm kẽm, sắt và mangan, với các yếu tố kim loại dựa trên vitamin cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động như kali và canxi. Mỗi nhóm các ion kim loại thực hiện phạm vi chọn lọcchức năng trong hóa học sinh học.Cả natri và kali đều hoạt động như các chất mang điện tử và duy trì cân bằng điện tích trên các màng thấm.Magiê, canxi và kẽm thực hiện vai trò cấu trúc ở cấp độ tế bào, và đặc biệt là magiê và kẽm có thể xúc tác quá trình thủy phân trong đó các hợp chất bị phá vỡ trong dung dịch nước.Các ion kim loại như molybden hoạt động như một chất cố định nitơ trong khi sắt và đồng hỗ trợ vận chuyển oxy.Mặc dù đây là tất cả các chức năng quan trọng trong cơ thể, các nguyên tắc của hóa học sinh học chỉ yêu cầu các yếu tố vi lượng của các ion kim loại như mangan, lithium và molypden để thực hiện các loại chức năng này và sự dư thừa của chúng có thể gây độc và thậm chí gây chết người.Trong nhiều trường hợp, hóa sinh cho động vật liên quan đến các nỗ lực hợp tác với vi khuẩn có trong cơ thể.Hóa học sinh học phụ thuộc vào mối quan hệ cộng sinh này với các ví dụ như các ion kim loại của vanadi và molypden, vì chúng giúp vi khuẩn cố định nitơ hoạt động trong cơ thể, hoặc các sinh vật dựa trên hydroase vận chuyển hydro.Mặc dù nhiều kim loại trong số này được đưa vào cơ thể từ chế độ ăn kiêng hoặc có mặt ở vi khuẩn, một số trong đó cũng tồn tại dưới dạng các thành phần của metallicoprotein, là các phân tử protein với các cấu trúc ion kim loại được gắn tự nhiên.Ngoài hoạt động sinh lý tự nhiên của các ion kim loại trong hóa học sinh học, chúng cũng là một chủ đề nghiên cứu trong nghiên cứu dược phẩm.Việc gắn các ion kim loại vào thuốc có thể cho phép chúng được chuyển hóa dễ dàng hơn bởi cơ thể.Sự đa dạng của các chức năng cho các ion kim loại dẫn đến nghiên cứu của chúng bởi một loạt các ngành khoa học tự nhiên hoạt động trong hóa học vô cơ từ hóa học môi trường đến độc tính và các lĩnh vực chuyên ngành như enzyme.